测试技术在航空发动机整机试验中的应用现状和发展趋势

王冰心

摘 要：我国的航空事业在近几年取得了极多的发展成果，航空系统设计水平也被提升。航空发动机属于热力机械，其不仅内部构造复杂，同时具有极高的精密度，一般会被安装到航空器之中，对其提供航空飞行需要的动力能量，也被称为"工业之花"。在开展关于航空发动机装置的整机试验活动的时候，技术人员需要对测试技术进行应用，本文对其应用当前情况以及未来的发展趋势进行分析。

关键词：测试技术；航空发动机；整机试验；应用现状；发展趋势

航空发动机一般会被安装到飞机等具有飞行需要的飞行装置之中，优质的航空发动机可以使其所在的飞机具有更好的经济性与可靠性，从综合国力的角度来看，航空发动机能够对国家综合国力以及国防实力进行展现。因此为了使在飞机内部装置之中的航空发动机具有更为稳定的应用性能，技术人员需要在整机试验环节之中应用测试技术，本文根据对相关测试技术的了解，对其应用情况与发展趋势展开研究。

1 航空发动机概述

航空发动机共有3种类型：活塞式航空发动机是早期在飞机或直升机上应用的航空发动机，用于带动螺旋桨或旋翼。大型活塞式航空发动机的功率可达2500千瓦。后来为功率大、高速性能好的燃气涡轮发动机所取代。但小功率的活塞式航空发动机仍广泛地用于轻型飞机、直升机及超轻型飞机。

燃气涡轮发动机：这种发动机应用最广。包括涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机和涡轮轴发动机，都具有压气机、燃烧室和燃气涡轮。涡轮螺旋桨发动机主要用于时速小于800千米的飞机；涡轮轴发动机主要用作直升机的动力；涡轮风扇发动机主要用于速度更高的飞机；涡轮喷气发动机主要用于超音速飞机。

冲压发动机：其特点是无压气机和燃气涡轮，进入燃烧室的空气利用高速飞行时的冲压作用增压。它构造简单、推力大，特别适用于高速高空飞行。由于不能自行起动和低速下性能欠佳，限制了应用范围，仅用在导弹和空中发射的靶弹上。

2 测试技术研究

从航空发动机自身来看，其与多种学科存在直接联系，包括机械传动、材料学以及热物理学等，从其根本属性来看，航空发动机设备制造工程属于综合性的工程。其制造环境的条件也相对比较特殊，不仅具有高压以及高温的特点，同时具有高速转动的特性。由于航空发动机所处的工作环境比较恶劣，因此技术人员必须要提升这种核心装置的可靠程度，并尽可能地通过提升制造成本来严惩其使用期限，为了对航空发动机加以改进，技术人员需要对该装置在不同环境条件下的运行状态有所了解，只有通过测试工作开能获取关于航空发动机的各种运行情况。

在整機试验工作之中，技术人员需要结合热学、声学、电磁学以及几何量等多种学科的知识，同时采用结构设计技术、热力气动技术以及数据采集技术等技术，不断地改变参数，对多种参数进行确定，包括转速、压力、推力以及湿度等。

3 当前应用情况

我国对航空发动机设备进行研究的时间已经很长，在学科专家的共同努力下，关于这种装置的研究工作也取得了初步成功，相关的测试技术的水平也被提升起来，能够对这种发动机装置进行精准度极高的测试，以下为当前的测试技术研究成果：

在高温测试领域，已经发展出1800 ℃的高温热电偶，并在燃烧室出口温度场测试成功；以及研制出1250 ℃的最高示温漆测温，并在复杂构件表面温度场测试成功。同时，我国对于高温应变计测量技术的掌握已经达到了1000 ℃，正致力于研究更高温度的应变技术。而气动参数测量技术领域中已经设计研制出多种气动探针，其中包括满足Ma=0.1～1.4 测试要求的气体压力探针，已在发动机整机试验中成功应用。

在航空发动机整机试验动态压力测试技术领域中，已经成功地开发和研制出多套动态采集设备及分析工具。其中，约200 kS/s的最高采样率和控制在100 kHz内的信号测试分析，能够对大发激波测试、畸变旋涡尺度、消喘、整机气动极限参数等工作提供强有力的支撑。同时应用遥测系统和引电器等进行参数测量，并具有根据试验要求设计和制造特殊结构的能力。 在叶尖间隙测量领域实现突破，采用多种技术手段对发动机内部结构和间隙进行测量，扩大测量范围，提高测量精度，其中传感器端面耐温为1400 ℃。基于数据库技术开发试验数据管理系统对大量的试验数据进行管理和分析。

4 未来发展趋势分析

以测试技术的现有研究情况以及航空发动机的设计状况来看，该装置的可靠性设计要求不断地变得更为严苛，为了飞机等航空工具更安全性，航空发动机必须也要具有更强的可靠性，技术人员需要对涡轮进口的原有温度进行保持，同时还需要提升航空发动机的当前运行效率。从一般发动装置应当具有的环保性能来看，技术人员在寻求降低发动机装置在运行时发出的噪声的强度的途径，尽量降低其排放的有毒物质的含量。从几种全新的设计要求来看，应用在其整机试验活动之中多种测试技术均需要被改进，测试项目需要被细化，一些研究人员在测试体系之中引入了健康管理技术，将这项技术与现代传感技术结合使用之后，可以使测试数值更为精准。

由于航空发动机的工艺要求比较高，其应用的材料也更为昂贵，因此在对这种发动机装置进行全方位改进时，还需要寻求节省设计成本的方法。由于自动控制系统与装置健康管理系统均需要应用到传感装置，因此在开展测试工作时，技术人员需要将发动装置系统之中传感装置当做重点测试对象。

未来航空发动机整机试验测试技术致力于传感器小型化设计、高性能测试仪器、高温燃气温度测量、嵌入式传感、高温构件表面温度测量、长寿命高可靠传感器设计、滑油品质在线监测、噪声测量校准分析、空气系统测量、叶尖间隙测量与校准、燃油流量动态测量校准、流场精细测量等测试技术研究工作。

结束语

本文首先对航空发动机的基本分类进行了研究，又对可用于其整机试验阶段的测试技术的基本情况进行了研究。在选择测试技术的时候，必须要先对航空发动机的类型有所来哦接，以便于明确测试活动的侧重点。本文着重介绍了相关测试技术的当前应用效果以及未来研究方向，技术人员需要把握好航空发动机的现有问题，将其加以优化，提升对航空发动机的整体测试的精准度，同时还需要完善测试技术规范，推动航空发动机技术水平快速提升，从航空事业方面提升我国的整体实力。

参考文献

[1]贾世俊.航空发动机整机试验性能故障诊断系统设计.工程技术：引文版，2017（2）：00245-00245.

[2]孔庆珊，乔黎，张帅，王宏伟.基于x射线数字成像技术的航空发动机的无损检测技术实现[J].军民两用技术与产品2016（2）.

[3]赵斌，陈果，冯国全.航空发动机整机振动半实物建模方法研究.推进技术，2016，37（2），346-353.

[4]陈昊洋.航空发动机燃油与控制系统测试技术研究.中国科技纵横，2016（7）.